Les résultats de cette étude théorique montrent clairement que les aérosols émis par la bouche ou le nez d’un patient dans une salle d’examen, où les masques doivent être retirés, sont fortement affectés par le flux d’air dans la pièce, et le risque de leur dépôt sur le médecin et ailleurs dans la pièce ne peut être négligée (Fig. 1). Cette constatation est conforme à notre rapport précédent9. De plus, le mouvement des aérosols a été modélisé en supposant qu’un patient tousse, et il a été constaté que le nombre d’aérosols déposés sur le médecin était comparable à celui résultant de l’expiration normale du patient, bien que de petits aérosols se diffusent largement dans toute la pièce (Fig. 2).
L’effet de l’humidité a également été examiné dans cette étude. Bien que l’humidité soit un facteur environnemental facilement contrôlable en clinique, peu d’études antérieures ont examiné l’impact de l’humidité sur l’infection par le SRAS-CoV-2. L’humidité affecte les muqueuses des voies respiratoires supérieures chez les individus infectés et non infectés, mais les petits aérosols pourraient avoir un impact plus important. Nos simulations montrent que le diamètre des grosses particules d’aérosol est réduit en quelques secondes à RH75, une humidité supérieure à celle de la ville de New York, aux États-Unis, toute l’année14. Cela suggère qu’il faudra peut-être accorder plus d’attention au contrôle des aérosols plus petits pour limiter la transmission aérienne du SRAS-CoV-2.
Comparé à RH100, le nombre de particules en suspension, déposées et exclues était inférieur à RH75 car la plupart des particules s’évaporaient en environ 7 s, ce qui indique que l’humidité a un effet marqué sur la taille des particules.
L’humidité dans la salle d’examen de notre établissement était relativement plus élevée (74 % ; le temps était nuageux). Le Japon est un environnement relativement humide, et des simulations d’humidité plus faible doivent être envisagées globalement. Dans notre modèle CFD, l’humidité relative est imposée aux conditions d’air de toute la pièce. Dans un premier temps, des simulations ont été réalisées à 100 % d’humidité relative (RH100) pour évaluer le risque d’exposition aux aérosols le plus élevé, puisque les aérosols ne s’évaporent théoriquement pas dans RH100. Les simulations ont été réalisées à RH75 car l’humidité réelle dans la salle d’examen d’oto-rhino-laryngologie de l’hôpital universitaire de Chiba est d’environ 75 % (74 %). La simulation a également été effectuée à nouveau à RH50 (tableau 2). Les résultats montrent que les aérosols s’évaporent plus rapidement à RH50 qu’à RH100 et RH75, indiquant un risque plus faible d’exposition aux aérosols à des niveaux d’humidité plus faibles.
Dans la présente simulation, la température locale n’a pas été donnée car elle n’a pas été considérée comme ayant un effet significatif sur les conclusions. Cependant, afin de clarifier l’influence, nous avons effectué l’analyse en tenant compte de la température locale réelle. Les résultats avec des considérations environnementales réelles (température de la bouche, température des gouttelettes, température corporelle et humidité de la bouche) de l’analyse sont comparés à ceux sans humidité ambiante de RH50, température ambiante de 25 ° C et 100 s. Sur la base d’une étude précédente, les valeurs de consigne ont été déterminées à 33 °C pour la température buccale et 31 °C pour la température corporelle15,16. La température des gouttelettes a été réglée à la même température que celle de la bouche. L’humidité dans la bouche a été fixée à RH70. Les résultats de la simulation sont présentés dans le tableau supplémentaire S.
Selon les résultats, pour des particules de 10 μm, l’effet était de 0,1 %, même après un examen détaillé de l’environnement réel. Pour les particules de 80 μm, l’effet était au maximum de l’ordre de 1 à 2 %. Par conséquent, ces résultats suggèrent que l’effet de la température locale est faible dans cette étude.
Pour les particules de masse extrêmement faible, il est possible de simuler leur comportement en résolvant les équations couplées flux et particules. Il est également possible d’estimer leur comportement sans résoudre les équations des particules en résolvant à la place les équations d’écoulement et en intégrant la distribution de vitesse de l’air à partir d’une position initiale appropriée, telle que la bouche. Dans nos simulations, nous avons considéré le comportement aléatoire des particules dû à la turbulence macroscopique plutôt qu’au mouvement brownien microscopique.
En termes d’infection aéroportée par les aérosols, le nombre de gouttelettes aspirées dans le corps d’un point de vue macroscopique est probablement plus pertinent que le comportement des particules microscopiques (collision et dépôt). Par conséquent, dans cette étude, les particules de masse négligeable ont été remplacées par des lignes de courant.
Plusieurs barrières physiques ont été conçues pour protéger les travailleurs de la santé lors d’activités génératrices d’aérosols, mais ces dispositifs empêchent le contact direct avec des gouttelettes plus grosses et ne se sont pas avérés efficaces contre les aérosols plus petits, qui sont considérés comme plus importants.17.
Un débit constant de 2,5 m/s a été utilisé pour modéliser l’expiration normale du patient. Bien que la forme d’onde respiratoire complète puisse également être utilisée, cela peut ne pas affecter nos conclusions concernant le contrôle des infections car cela ne ferait que réduire l’aérosol libéré dans la pièce.
Pour développer des contre-mesures plus efficaces et réalisables contre le SRAS-CoV-2, nous avons également simulé l’efficacité de l’élimination des aérosols à l’aide d’un dispositif d’aspiration. Les résultats ont montré que la dispersion des aérosols pendant l’expiration normale (Fig. 1) et la toux (Fig. 2) peut être éliminée plus efficacement par un dispositif d’aspiration qu’en s’appuyant sur l’efficacité maximale du flux d’air dans la pièce (données non présentées).
En milieu clinique, des événements respiratoires tels que la toux ou les éternuements sont susceptibles de se produire lors des consultations d’oto-rhino-laryngologie et des procédures de prélèvement nasal pour le test du SRAS-CoV-218,19. Bien que des mesures générales fondées sur le bon sens aient été recommandées pour ces milieux de pratique à haut risque, aucune évaluation des dispositifs d’aspiration n’a été rapportée à ce jour.20. Notre analyse a montré que l’efficacité d’élimination des particules du dispositif d’aspiration était inférieure en réponse à la toux par rapport à l’expiration normale. Par conséquent, des mesures de contrôle des infections plus efficaces pourraient être nécessaires contre des mutants plus infectieux et des maladies qui entraînent une toux et des éternuements plus fréquents.
Il est important qu’un dispositif d’aspiration utilisé dans la salle d’examen soit extensible et n’interfère pas avec l’examen. La taille et l’extensibilité du dispositif dans cette étude ont été conçues pour être compatibles avec diverses salles d’examen et d’opération dans des environnements cliniques réels. L’efficacité de l’élimination des aérosols a été étudiée en fonction de l’emplacement de l’appareil. Les résultats suggèrent qu’il est important de placer l’entrée de vide du dispositif d’aspiration dans une “direction” face à la bouche du patient plutôt qu’une “distance” dans laquelle elle est plus proche du patient exhalant des aérosols pathogènes. Le diamètre simulé et la vitesse d’aspiration de l’appareil étaient de 6 cm et 1,2 m3/min, respectivement, et bien qu’il ne soit pas nécessaire d’utiliser une vitesse d’aspiration plus élevée, nous n’avons pas examiné des vitesses inférieures à celle-ci.
Une limite de notre modèle est que le nombre d’aérosols qui agissent comme vecteurs du virus n’est pas connu, de sorte que le risque ne peut être estimé qu’à partir de leur distribution, qui ne peut être évaluée quantitativement. De plus, la respiration du médecin n’est pas considérée car il est difficile de modéliser l’expiration et l’inspiration d’un médecin portant un masque. De plus, seules trois positions du dispositif d’aspiration ont été étudiées, et celles-ci peuvent ne pas correspondre au placement optimal.
Les résultats de la simulation ont été reproduits dans l’expérience de vérification (Fig. 4). En ce qui concerne l’optimisation de la position de la machine d’aspiration, en plaçant la machine d’aspiration à 15 cm de la bouche du modèle patient, avec le dispositif d’aspiration face au côté modèle patient, aucune buée visible n’a pu être vue autour du modèle médecin (Fig. 4 ). Cette position de la machine d’aspiration a été confirmée par l’oto-rhino-laryngologiste (TS) pour ne pas gêner l’examen.
En conclusion, nous avons discuté de l’insuffisance des mesures de contrôle des infections, telles que l’ouverture des fenêtres et des portes, contre les aérosols dans la salle d’examen et le risque accru pour les prestataires de soins de santé de tousser. Nous avons également montré que l’humidité modifie considérablement le comportement des aérosols, indiquant que les dispositifs d’aspiration peuvent augmenter la sécurité dans nos applications cliniques limitées. En affinant davantage les paramètres du modèle, notre approche peut guider la conception de dispositifs capables de limiter plus efficacement la propagation des maladies respiratoires, y compris le COVID-19.
